DE10143668C1

DE10143668C1 - Halterung für eine Röntgenröhre einer Röntgendiagnostikeinrichtung

Info

Publication number: DE10143668C1
Application number: DE10143668A
Authority: DE
Inventors: Peter Schwarzbauer; Markku Wederhorn; Joerg Stroebel
Original assignee: Instrumentarium Imaging Ziehm GmbH
Current assignee: Ziehm Imaging GmbH
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halterung für eine Röntgenröhre, insbesondere einer Festanodenröhre in einem ölgefüllten Tank eines Röntgenstrahlengenerators einer Röntgendiagnostikeinrichtung, wobei die Anode der Röntgenröhre auf Hochspannungspotential liegt. Der Anodenträger der Röntgenröhre ist an ein hochspannungsisolierendes und gleichzeitig gut wärmeleitendes Zwischenstück und dieses wiederum an einer konvexen Kalotte eines metallischen Kugelgelenkes angebrcht. Das konkave Gegenstück des Kugelgelenkes stellt einen Teil der Wandung des ölgefüllten und evakuierten Generatorkessels dar. Die beiden Teile des Kugelgelenkes sind mit einer Schraube einstellbar und lösbar verbunden, wobei die Schraube beziehungsweise die die Schraube aufnehmende Bohrung in der Wand des Generatorkessels gegen die Ölfüllung des Generatorkessels mittels einer Elastomerdichtung abgedichtet ist. Die Wandung des Generatorkessels steht vorzugsweise in einem guten Wärmekontakt mit der Halterung des Generatorkessels, welche beispielsweise ein C-Bogen einer mobilen Röntgendiagnostikeinrichtung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine einstellbare Halterung für eine Röntgenröhre, insbesondere für eine Festanodenröhre in einem ölgefüllten Tank eines Röntgenstrahlengenerators einer Röntgendiagnostikeinrichtung, bei der die Anode der Röntgenröhre auf Hochspannungspotential liegt.

Eine derartige einstellbare Halterung ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 198 24 008 C2 bekannt. Dabei ist eine Festanoden-Röntgenröhre zusammen mit einem Hochspannungsgenerator in einem ölgefüllten hermetisch dichten und evakuierten Kessel angeordnet, wobei alle Hochspannung führenden Teile durch die Ölfüllung gegenüber der auf Nullpotential liegenden Kesselwand isoliert sind. Die Justierung der Röntgenröhre gegenüber einem in der Kesselwandung angeordneten Strahlenaustrittsfensters erfolgt über drei Stellschrauben und ermöglicht die Justierung des Zentralstrahls der Röntgenröhre nach Einbau des Röntgengenerators in eine Röntgendiagnostikeinrichtung.

Nachteil der in der DE 198 24 008 C2 beschriebenen Anordnung der Festanoden-Röntgenröhre im Generatorkessel ist, daß die während des Betriebs der Röntgenröhre in der Anode entstehende Verlustwärme an die Ölfüllung des Generators abgegeben wird und dies dazu führen kann, daß bei einer längeren Dauerbenutzung der Röntgenröhre die Temperatur der Anode so stark ansteigt, daß von einem Sicherheitsschaltkreis eine Zwangsabschaltung der Röntgenröhre bis zur Abkühlung auf eine zulässige Betriebstemperatur erwirkt wird, um eine Zerstörung der Röntgenröhre durch thermische Überlastung wirkungsvoll zu verhindern.

Aus der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung sind Röntgenröhren bekannt, deren Anoden auf Nullpotential liegen, wobei die Kühlung der Anoden mittels Kühlwasser erfolgt, das durch Kanäle im Inneren der Anode geführt wird.

Bei Röntgenröhren, die in medizinischer. Röntgendiagnostikeinrichtungen zur Anwendung kommen, ist es zweckmäßig, die Anode auf Hochspannungspotential zu legen, wodurch die Kathode und die elektrische Schaltung zur Regelung des Röhrenstromes auf Nullpotential liegt.

Wird in einer Röntgendiagnostikeinrichtung sowohl für den Impuls- als auch für den Dauerbetrieb eine höhere Röntgenstrahlenleistung benötigt als mit einer herkömmlich gehaltenen Festanodenröhre zu erzielen ist, so ist heute man gezwungen, an Stelle der Festanodenröhre eine in Investition und Unterhalt kostenintensivere Drehanodenröhre einzusetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen und wartungsfreundlichen Röntgenstrahlengenerator mit einer Festanoden- Röntgenröhre zu schaffen, der gegenüber den bekannten Röntgenstrahlengeneratoren eine höhere Dauerbetriebsleistung ermöglicht.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die metallische Anode der Röntgenröhre mit einem gut wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Zwischenstück an der Wandung des Generatorkessels angeordnet ist und daß die Anode mittels einer lösbaren und einstellbaren Halterung an der Wandung gehalten wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Abbildungen näher erläutert.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Halterung 1 einer Röntgenröhre 2 mit einer Festanode 3 im Teilschnitt dargestellt. Die Festanode 3 wird von einem evakuierten Röhrengehäuse 5 umschlossen und weist im Bereich der Aufprallfläche des nicht dargestellten Elektronenstrahls einen Anodeneinsatz 4 aus einem Material vorzugsweise hoher Kernladungszahl und eines hohen Schmelzpunktes auf. Die Festanode ist mit dem Röhrengehäuse 5 durch eine Vakuumdurchführung 6 verbunden. Das dem Anodeneinsatz 4 gegenüberliegende Ende der Festanode 3 ist mittels einer nicht gezeigten Hochspannungsleitung mit einem im Röntgengenerator angeordneten Hochspannungsgenerator verbunden und wird von einer vorzugsweise metallischen Aufnahme 7 teilweise umschlossen und zwar derart, daß ein möglichst geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen der Festanode 3 und der Aufnahme 7 vorhanden ist. Die Festanode 3 ist mit der Aufnahme 7 starr verbunden; dies geschieht mittels bekannter Fügetechniken durch Löten, Aufschrumpfen, Klemmen mit einer Schellle bei einer geschlitzten Aufnahme oder durch eine Gewindeverbindung. Die beim Fügen auftretenden Spalte zwischen der Festanode 3 und der Aufnahme 7 werden vorzugsweise mit einer geeigneten Wärmeleitpaste gefüllt. Es ist für die Erfindung unerheblich, ob die Festanode 3 und die Aufnahme 7 aus zwei Teilen zusammengefügt ist oder ob die Festanode 3 einen der Form der Aufnahme entsprechenden Fuß aufweist und somit der Fuß der Festanode 3 direkt an dem Zwischenstück 8 angeordnet ist und an diesem gehalten wird. Die Aufnahme 7 für die Festanode 3 ist mit einem Gelenkkopf 9 eines durch diesen und eine Gelenkpfanne 10 gebildeten Kugelgelenkes über ein Zwischenstück 8 starr verbunden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das Zwischenstück 8 mit der Aufnahme 7 und dem Gelenkkopf 9 jeweils durch eine Lötverbindung verbunden. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen sowohl die Aufnahme 7 als auch der Gelenkkopf 9 jeweils einen Überwurfring aus einem hochspannungsisolierenden Material auf. Die Überwurfringe werden mittels geeigneter Schrauben zusammengehalten, wobei das Zwischenstück 8, kraftschlüssig und spaltfrei zwischen der Aufnahme 7 und dem Gelenkkopf 9 gehalten wird.

Um einen geringen Wärmedurchgangswiderstand von der Aufnahme 7 über das Zwischenstück 8 zu dem Gelenkkopf 9 zu erreichen, sind die Begrenzungsflächen dieser Bauteile im zusammengefügten Zustand vorzugsweise eben und planparallel.

An dem Gelenkkopf 9 ist eine Schraube 15 angeordnet, die von diesem drehstarr und kraftschlüssig gehalten wird. Die Schraube 15 erstreckt sich durch eine Bohrung 18 des die Gelenkpfanne 10 bildenden Teils der Kesselwand 11 und ist mittels einer Scheibe 17 und wenigstens einer Mutter 16 an der Gelenkpfanne gehalten. Die Gelenkpfanne weist eine umlaufende Nut auf, in der eine Elastomerdichtung 14 angeordnet ist. Es ist für die Erfindung unerheblich, ob die umlaufende Nut in der Gelenkpfanne 10 oder im Gelenkkopf 9 angeordnet ist. Entscheidend ist, daß die in der Nut angeordnete Elastomerdichtung 14 den mit einer Ölfüllung 13 versehenen Innenraum des Röntgenstrahlengenerators 1 gegen den Außenraum 19 abdichtet, wobei die Abdichtung sowohl öl- als auch vakuumdicht sein muß und dies insbesondere auch bei einer Verdrehung des Gelenkkopfes 9 gegenüber der Gelenkpfanne 10 um die Längsachse der Schraube 15 als auch beim Verschwenken der Schraubenachse gegenüber der Achse der Bohrung 17.

Entscheidend für die erfindungsgemäße Halterung ist, daß der durch die Konstruktion der Halterung bedingte Wärmeübergangswiderstand zwischen der Festanode 3 und der Kesselwand 11 einerseits und zwischen der Festanode 3 und dem C-Bogen 12 andererseits möglichst klein ist, damit ein Temperaturunterschied zwischen der Festanode 3 und der Kesselwand 11 bzw. dem C-Bogen 12 zu einer möglichst schnellen Verringerung der Temperatur der Festanode 3 führt. Als Temperatur der Festandode 3 soll für die weiteren Betrachtungen die Temperatur an einem Referenzpunkt 20 bezeichnet werden.

Bei den bekannten Röntgenstrahlengeneratoren mit Ölfüllung, bei denen die Röngtenröhre an ihrem Gehäuse an der Wand des Generatorkessels gehalten wird, erfolgt eine Temperaturerniedrigung am Referenzpunkt 20 durch die Erwärmung des die Festanode umgebenden Öls und durch die Konvektion des Öls in dem Kessel.

Die erfindungsgemäße Halterung ermöglicht einen guten Wärmetransport zwischen dem Referenzpunkt 20 und der Außenseite der Kesselwand 11 bzw. zwischen dem Referenzpunkt 20 und dem C-Bogen 12. Dadurch können der C- Bogen 12 und die Kesselwand 11 als Wärmekapazitäten und als Kühlkörper für die in der Festanode erzeugte Verlustwärme genutzt werden.

Entscheidend ist hierbei, daß einmal der Spalt in dem Kugelgelenk zwischen Gelenkkopf 9 und Gelenkpfanne 10 einen geringen Wärmeübergangswiderstand aufweist und auch der C-Bogen 12 thermisch an die Gelenkpfanne 10 angekoppelt ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Kesselwand aus einem gut wärmleitenden Material, beispielsweise Aluminium, gebildet wird und im Bereich der Gelenkpfanne 10 eine größere Wandstärke aufweist als an anderen Stellen des Kessels. Die Bohrung 18 und der Spalt zwischen dem Gelenkkopf 9 und der Gelenkpfanne 10 werden vorzugsweise mit einer geeigneten Wärmeleitpaste gefüllt.

Das Material des Gelenkkopfes 9 und der Gelenkpfanne 10 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, wie vorzugsweise Kupfer oder einer Legierung davon. Das Zwischenstück besteht aus einem Material mit hoher Spannungsdurchschlagsfestigkeit und einem hohen spezifischen Widerstand sowie einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaften werden von keramischen Materialien wie beispielsweise Aluminiumnitrid (AlN) erfüllt.

In der Praxis wird der Röntgenstrahlengenerator 1 nach der Montage mit der Ölfüllung 13 versehen, evakuiert und vakuumdicht verschlossen. Dadurch wird sichergestellt, daß keine Luftblasen in der Ölfüllung verbleiben, die die Durchschlagsfestigkeit herabsetzen würden. Nach einer Funktionsprüfung wird der Röntgenstrahlengenerator an einer dafür vorgesehenen Stelle der Kesselwand 11 am C-Bogen 12 angeordnet und vorzugsweise durch Schrauben gehalten. An der Schraube 15 ist für die Justierung der Festanode 3 ein nicht gezeigter Adapter angeordnet und wird von dieser lösbar und kraftschlüssig gehalten. Durch leichtes Lösen der Mutter 16 ist der Gelenkkopf 9 mittels der Schraube 15 bzw. des Adapters in der Gelenkpfanne dreh- und schwenkbar, wobei durch die Elastomerdichtung 14 die hermetische Dichtung des Röntgenstrahlengenerators 1 erhalten bleibt. In der Regel erfolgt diese Justage unter Röntgenstrahlenkontrolle, wobei die Lage des im Bereich des Anodeneinsatzes 4 der Röntgenröhre 2 liegenden Brennflecks mittels einer geeigneten Kalibriervorrichtung überprüft wird. Nach Beendigung der Justage der Röntgenröhre 2 wird die Mutter 15 angezogen und gegebenenfalls die Justiervorrichtung entfernt. Zur Sicherung der Schraubverbindung aus Schraube 15 und Mutter 16 werden bekannte Techniken wie Verwendung einer Kontermutter oder eines Schraubensicherungsklebers angewandt.

Die Kühlung der Festanode 3, die mittels einer erfindungsgemäßen Halterung an der Kesselwand 11 und dem C-Bogen 12 angeordnet ist, kann durch den Einsatz einer externen Röhrenkühlung weiter verbessert werden. Dabei wird beispielsweise der C-Bogen 12 über eine Kühlmittelleitung gekühlt, wobei die vorzugsweise als Ringleitung ausgeführte Kühlmittelleitung zu einem geeigneten Kühlaggregat in der Röntgendiagnostikeinrichtung führt.

Verzeichnis der Abbildungen

Fig. 1 Teilschnitt durch die erfindungsgemäße Halterung

Bezugszeichenliste

1

Röntgenstrahlengenerator

2

Röntgenröhre

3

Festanode

4

Anodeneinsatz

5

Röhrengehäuse

6

Vakuumdurchführung

7

Aufnahme

8

Zwischenstück

9

Gelenkkopf

10

Gelenkpfanne

11

Kesselwand

12

C-Bogen

13

Ölfüllung

14

Elastomerdichtung

15

Schraube

16

Mutter

17

Scheibe

18

Bohrung

19

Außenraum

20

Referenzpunkt

Claims

1. Halterung für eine Festanoden-Röntgenröhre in einem ölgefüllten Kessel eines Röntgenstrahlengenerators einer Röntgendiagnostikeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Festanode (3) der Röntgenröhre (2) und einer Kesselwand (11) des Röntgenstrahlengenerators (1) ein Zwischenstück (8) aus einem elektrisch isolierenden und gut wärmeleitfähigen Material sowie ein aus einem Gelenkkopf (9) und einer Gelenkpfanne (10) gebildetes Kugelgelenk angeordnet ist und daß der Gelenkkopf (9) an der Gelenkpfanne (10) lösbar und einstellbar gehalten ist.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (8) aus Aluminiumnitrid (AlN)-Keramik besteht.

3. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück aus Aluminiumoxid (Al2O3)-Keramik besteht.

4. Halterung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (9) und die Gelenkpfanne (10) des Kugelgelenkes aus einem gut wärmeleitfähigen metallischen Material bestehen.

5. Halterung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (9) aus dem gleichen Material wie das Zwischenstück (8) ausgebildet ist und an diesem angeformt ist.

6. Halterung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpfanne (10) durch eine Ausformung der Kesselwand des Röntgenstrahlengenerators (1) gebildet wird.

7. Halterung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gelenkkopf (9) und der Gelenkpfanne (10) eine ringförmige Elastomerdichtung (14) angeordnet ist.

8. Halterung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselwand (11) des Röntgenstrahlengenerators mittels einer gut wärmeleitenden Verbindung an einem C-Bogen (12) einer Röntgendiagnostikeinrichtung angeordnet ist.